NeoFronteras

Tierras raras y bacterias extremófilas

Área: Biología — viernes, 1 de noviembre de 2013

Averiguan por qué una especie de bacteria necesita de tierras raras en el medio en donde crece para poder sobrevivir.

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La tabla periódica de los elementos nos permite saber las propiedades de cualquier elemento de un vistazo. Aquellos que, por ejemplo, están en la misma columna tienen propiedades químicas similares. Pero todo estudiante de Química que se enfrenta a la tabla por primera vez no deja de ver un grave inconveniente en su perfección. Cada columna se diferencia de la siguiente por el aumento en una unidad en el número atómico del elemento que cada fila, pero hay una excepción: los lantánidos y actínidos (metales de transición) introducen un salto de 15 números atómicos después del bario y radio respectivamente. Esto crea un bloque extra que hay que poner “fuera” del bloque principal de la tabla.
La explicación a esto, y a todas las propiedades químicas de los elementos, viene dada por la Mecánica Cuántica, que explica cómo se disponen por capas de los electrones que forman los orbitales. Cada fila completa de la tabla consigue llenar una capa y en cada columna de la tabla queda el mismo número de electrones sin completar su capa.
Salvo que nos dediquemos a la Física Nuclear, los elementos del grupo de los actínidos no son muy adecuados para jugar con ellos, pues son, en general, radiactivos. Pero los lantánidos son elementos muy interesantes que forman parte de un grupo aún mayor: las tierras raras. Las tierras raras están formadas por los lantánidos más el itrio y el escandio, que son los elementos que están justo por encima en la misma columna de la tabla periódica. Por tanto, las tierras raras, esos elementos entre dos mundos, tienen propiedades similares al estar en la misma columna, pero no idénticas.
El nombre de tierras raras siempre lleva a confusión, pues en un principio se tomó “raras” como sinónimo de “escasas”, pero no es así siempre. Algunos de esos elementos son relativamente escasos, pero otros, como el praseodimio, el itrio o el cerio, son más abundantes. Hay menos oro o platino en la corteza terrestre que tierras raras. Por desgracia, estos elementos están distribuidos de una manera muy dispersa en la corteza terrestre y sólo en unos pocos sitios su concentración hace que merezca la pena su explotación minera.
Cuando uno se pasea por los lantánidos no tiene más remedio que reconocer el poder de las palabras, de como una combinación de consonantes y vocales produce sonidos de reminiscencias mágicas y ancestrales que nos recuerdan la Alquimia, aunque procedan del XIX. Posiblemente los nombres de elementos más bonitos y misterioso se encuentran entre ellos: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio. Quizás el neurólogo Vilayanur S. Ramachandran explique algún día esta sonoridad.
Todos estos elementos se encuentran en la corteza terrestre, pero uno de ellos, el prometio, no se ha podido aislar en la naturaleza, sino que se genera como consecuencia del decaimiento radiactivo o de la fisión nuclear. No se conocen isótopos suyos que no sean radiactivos.
Debido a sus similares propiedades químicas, algunas tierras raras son muy difíciles de aislar de las demás y muchas veces su alto precio no depende tanto de su abundancia, sino de lo caro que resulta su separación y purificación.
Las tierras raras son las “especias” que se usan para “cocinar” la tecnología moderna, sobre todo en aplicaciones magnéticas. Están en pequeñas cantidades en nuestros teléfonos móviles (principalmente en sus condensadores de tántalo), en láseres de infrarrojo, en los imanes de neodimio de los motores eléctricos que más nos hacen ahorrar energía, en aplicaciones fluorescentes de europio, etc.
La corrección política ha acusado a la explotación del coltan (roca rica en tierras raras) del Congo de generar guerras y los graves problemas humanos y ecológicos de la zona, haciendo que aquellos que usan teléfonos móviles se sientan culpables. Pero la realidad es que en Australia, Brasil o Canadá también se extrae coltán y no hay guerras por su culpa. Por desgracia, hay regiones y culturas en las que cualquier excusa es buena para matar o explotar al semejante (no necesariamente en África). Es nuestro deber tratar de impedirlo y proteger el medio ambiente en el que se encuentran.
Los últimos gorilas no desaparecen por culpa del uso que hacemos de los móviles, sino por culpa de nuestra estulticia, ignorancia, la tolerada desigualdad y el mal ordenamiento de nuestras prioridades. Así que, amigo lector, puede seguir usando su smarphone sin sentirse culpable. Bueno, salvo si se conecta con él al inmoral Facebook, claro.
Esta larga introducción nos sirve tanto para establecer cierta conexión biológica como para poder sorprendernos con fundamento de un descubrimiento interesante. Algunas bacterias no pueden vivir sin tierras raras y unos científicos del Instituto Max Planck han explicado por qué.
Los átomos que componen la vida en la Tierra son los átomos químicamente activos más abundantes del Universo (el helio, al ser noble, es inútil en aplicaciones químicas, pese a su abundancia en el Universo). Al formarse la vida, esta simplemente aprovecho los elementos que había en el medio. Somos átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno bien organizados. También hay otros elementos en la vida terrestre menos abundantes como azufre, fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro. Luego hay elementos más raros, como el hierro de nuestra sangre, el cobre que forma parte de la hemocianina (análogo de la hemoglobina) de crustáceos y moluscos o el manganeso de ciertas enzimas.
Pero la vida se organiza para aprovechar cualquier recurso. Así por ejemplo, se descubrió que la bacteria Methylacidiphilum fumariolicum requiere de lantano, cerio, praseodimio o neodimio para vivir. Ahora se sabe que es para usarlos como cofactores en la enzima metanol deshidrogenasa. Esta enzima es muy importante para el microorganismo porque le permite producir energía.
Al parecer el empleo de estos elementos está mucho más extendido entre las bacterias de lo que se había pensado hasta ahora e incluso son indispensables para algunas de ellas.
El uso de tierras raras en los organismos vivos es raro, pues estos elementos se disuelven mal en agua y la mayoría de los organismos no pueden usarlos en su metabolismo. La sorpresa saltó en el cráter Solfatara (Italia), en donde hay una poza de barro volcánico caliente. Allí unos microbiólogos holandeses encontraron que una bacteria, Methylacidiphilum fumariolicum, no podía vivir sin tierras raras.
Methylacidiphilum fumariolicum pertenece a un grupo de bacterias extremófilas que viven en un pH ácido de entre 2 y 5 (toleran incluso un pH=1, que es equivalente al ácido sulfúrico concentrado) y a temperaturas entre los 50 y 60 grados centígrados. Estas condiciones son letales para la mayoría de los organismos terrestres, pero no para estas bacterias.
Los investigadores holandeses descubrieron que M. fumariolicum sólo puede vivir en el barro volcánico de donde procede. Si se trata de cultivar este microorganismo en un medio con todos los recursos necesarios, excepto las tierras raras, entonces se obtiene un fracaso.
El barro en cuestión contiene una concentración en tierras raras que es miles de veces superior al habitual, pero no se sabía la razón última de esta dependencia de tierras raras por parte de la bacteria.
En general las deshidrogenasas son enzimas capaces de catalizar la oxidación o reducción de un sustrato por sustracción o adición de átomos de hidrógeno. Este organismo obtiene su energía del metano, usando la enzima metanol deshidrogenasa para descomponer el metanol producido a partir del metano en descomposición. Pero esta enzima necesita de un cofactor. En general este papel de cofactor es desempeñado por el calcio en otras bacterias, pero en este caso es desempeñado por ciertas tierras raras.
Los científicos alemanes del Max Planck Thomas Barends y Andreas Dietl han investigado la estructura tridimensional de esta enzima metanol deshidrogenasa (ver imagen). Como se puede ver, en lugar del típico átomo de calcio hay una tierra rara. La bacteria necesita de esa enzima para obtener energía a partir del metano. Sin tierras raras no hay tal versión de la enzima y, por tanto, no hay manera de obtener energía y la bacteria muere.
Análisis bioquímicos posteriores sugieren que esta versión de enzima con tierras raras está más extendida de lo que se creía, por ejemplo en bacterias costeras. También se ha encontrado en bacterias del metano que viven en la superficie de las hojas de algunas plantas. La planta enriquece sus hojas con tierras raras y así garantiza la supervivencia de la bacteria.
Según Barends esta clase de bacteria posiblemente esté en cualquier parte en donde haya suficiente aporte de arena, pues la arena es una fuente de tierras raras.
Las bacterias llevan miles de millones de años sobre la Tierra, han evolucionado para adaptarse a casi cualquier lugar y recurso. Ahora sabemos que, al igual que nosotros con nuestros móviles, también usan tierras raras.
Todo esto también nos sugiere que otras vidas, aunque también estén basadas en la química del carbono, pueden ser muy distintas a la terrestre. Si la vida terrestre nos depara continuamente sorpresas no podemos ni imaginar cómo será en otros planetas lejanos.
Hace mucho tiempo unas estrellas de neutrones chocaron y sembraron de elementos pesados el Cosmos circundante. Algunos de esos elementos fueron lantano, cerio, praseodimio o neodimio. Más tarde, bacterias exóticas usaron estos elementos en la Tierra en el barro caliente de un cráter volcánico casi olvidado. Otros los usamos en imanes potentes o láseres luminosos. También los empleamos en teléfonos con los que nos contamos alegrías y penas mientras que otros humanos caen baleados o se extinguen los últimos gorilas del Congo. Nos maravillamos con la fonética de las palabras y, a la vez, soñamos sobre cómo puede ser la inalcanzable vida sobre hipotéticos planetas situados a muchos años luz de nosotros.
Todo está conectado y al averiguarlo algunos simplemente sentimos cierto placer intelectual. A veces sólo eso es suficiente.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4245

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Ilustración: MPI f. Medical Research/Barends

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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8 Comentarios

  1. pepe:

    Hola.

    Creo que has puesto “corrección política” en vez de “corrupción política”.

  2. Dr. Thriller:

    Parte sórdida: respecto a los nombres, al principio la cosa iba bien, se buscaban nombres neológicos, como hidrógeno u oxígeno (aunque el alemán rehúye, como otras lenguas, lo que juzga innecesarios barbarismos clásicos y construye su Wasserstoff, que sí, es lo mismo, pero en alemán), de hecho los británicos nunca pusieron un nombre egocéntrico a los elementos que descubrieron (no hay britanio, ni anglio, ni escocio, ni cumbrio, y sí cloro, yodo, astato, etc.), pero ese cachondeo sí que se propagó rápidamente, al principio de forma inocente tomando el nombre de los minerales de donde se aislaba el elemento, y después abiertamente como una garrulancia que nos ha anegado en francios, americios, californios, rutenios, berkelios, dubnios y peor aún, einstenios, rutherfordios, nielsbohrios y seaborgios (ay Dios), del nielsbohrio sólo puedo decir que si el bueno de Niels se entera le da otro ataque.

    Pues bien, entre las tierras raras (y alguna no rara) la ciudad de Ytterby, Suecia (Sverige) se lleva la palma: erbio (1842), terbio (ídem), itrio (1794) e iterbio (1878). Para más INRI, Ytterby (Ytter-by) significa Villafuera.

    Unos extraterrestres que vieran los nombres de nuestra tabla periódica se harían una clara imagen de nuestra psicología, me temo. No siendo que sean tan del cotolengo como nosotros, que perfectamente es plausible.

    Parte no sórdida: se diría bastante claro (o no) que estas bacterias son una adaptación del grueso del mundo bacteriano, lo que me hace tener serias dudas respecto al otro artículo de la serie que habla sobre la extinción de la vida terrestre. Sería importantísimo ver si hay vida de algún tipo en las nubes de Venus, porque realmente son un lugar acogedor para la vida terrestroide, y me sé de un británico de apellido hindú que se iba a hacer aguas menores y mayores con las implicaciones de este fenómeno (para sus… no sé si teorías o ideologías). Pero vamos, lo más importante es cómo se adapta la vida a todo, realmente no parece tener límites.

    O al menos, no los hemos visto. Lo que nos hace más asombroso el hecho de que sólo se encuentre en este planeta.

    El artículo ha quedado redondo xD.

  3. NeoFronteras:

    Las nubes de Venus son de ácido sulfúrico. El agua hace mucho tiempo que desapareció disociado por la luz solar. El hidrógeno escapó y el oxígeno oxidó lo que fuera. La vida tal y como la conocemos no es posible sobre Venus. Tampoco se ha encontrado ningún desequilibrio químico, así que tampoco hay indicios de la misma.
    El azar tiene sus particularidades. Si Marte y Venus se hubieran formado en la órbita del otro ahora “Marte” probablemente tendría vida, aunque sólo fuera por el impacto de meteoritos terrestres (o viceversa).

  4. Dr. Thriller:

    Discrepo en lo de Venus, además hay un tema que me preocupa sobre todo desde que he descubierto cómo se esterilizan las sondas espaciales. No tengo la menor duda que estamos contaminando todo el Sistema Solar.

    Particularmente pienso que entre los restos de las sondas y otros objetos de exploración humana sobre la superficie lunar, debe haber vida, terrestre naturalmente. No creo que pueda “colonizar” la Luna, pero probablemente seguirán viviendo mucho tiempo a partir de los materiales de las propias sondas. Si no estoy columpiándome en exceso, creo que existen varios candidatos bacterianos y algas que serían capaces de sobrevivir en las nubes de Venus, de hecho el propio Carl Sagan sugirió bombardear el planeta con ellas para que se comieran el CO2 (aunque no sé qué íbamos a arreglar con eso, porque efectivamente estando el agua en el papel de reactivo limitante, muy poco CO2 iba a desaparecer, poco en el sentido del que hay en el total de la atmósfera, supongo que esto se resuelve haciendo colisionar a Japeto con Venus o algún disparate similar), por otro lado antes de decir que no hay ningún desequilibrio químico quizá sería mejor que no lo hemos detectado (porque igual ya lo hemos visto), por ejemplo, en la atmósfera de Venus claramente tiene que haber bastantes metales pesados, entre ellos plomo -hay indicios de que “llueve” en las cimas de los montes más altos-, así que si bien es innegable que las probabilidades son minúsculas, de momento yo no tiro la toalla. Sobre todo porque como no sabemos lo que podría haber, lo más normal es tenerlo delante de la cara y ni verlo.

    La idea es que, a diferencia de Marte, donde de existir algo parece claro que tiene que estar a muchos metros bajo el suelo, en Venus de haberlo tendría que estar en las nubes. Y en cualquier caso, la atmósfera de Venus -al menos para mí- tiene muchos fenómenos anómalos sin explicar, claro que esto no quiere decir nada de nada porque no hemos ni rascado la pintura.

    Una idea loca que tengo en la cabeza es que la vida, y esta vez en el sentido de “tal y como la conocemos”, desempeña un papel mucho mayor del que tendemos aún a darle en la conformación planetaria. Por ejemplo, empezamos a sospechar que muchas particularidades de este planeta, digamos a un nivel más profundo de lo meramente estético, se deben a su ecosfera (que ni idea de cómo ha cambiado en 4 eones y pico), de hecho la atmósfera como bien estamos diciendo es toda fruto de la actividad biológica, podría ser, por qué no, que Venus es el infierno que es porque allí hubo una ecosfera que en lugar de estabilizar el clima simplemente lo desmadró (o fue un factor más, pero para desestabilizar, no para estabilizar). A fin de cuentas la vida son máquinas de Neumann totalmente ciegas.

    Probablemente esto que estoy diciendo es una chorrada, pero no porque sea imposible o incompatible con nuestros conocimientos actuales (que pienso que no), sino porque la realidad tiene que ser forzosamente más asombrosa.

  5. thetimethespaceandandtheman::

    “Bueno, salvo si se conecta con él al inmoral Facebook, claro.”

    Juo juo juo,,,,,,,,,,,,

    Neo, deberías crear y actualizar todos los dias tu perfil de face buk, la NSA esta esperándolo,,,, :),,,,

    Están a punto de cesar al director del CNI español (Que por supuesto, esta ‘muy indignado’ y ‘no sabia nada’ del tema)por no conseguirlo .

    Jua Jua Jua.

    Creo que hasta en los tamagotchis de los niños había troyanos de la NSA.

    Jua jua jua.

    ¡que mundo este¡.

    ¡¡¡Y cientos de millones poniendo toda su vida allí’!!!

    ¡Y tan contentos encima¡

    Cosas veredes, amigo sancho.

  6. thetimethespaceandandtheman::

    “Todo está conectado y al averiguarlo algunos simplemente sentimos cierto placer intelectual. A veces sólo eso es suficiente”

    Ahhh ,,, estimados contertulios,,,,,,,,

    Hace unos días le conté a mi madre cenando con ella, ya mayor, como allá por 2005 pudimos ver con telescopios espaciales, a una estrella, ser desgarrada y devorada en cuestión de horas.

    “Pero hijo, ¿Que puede devorar a una estrella?”.

    “Una cosa llamada agujero negro, madre”.

    Una mujer, nacida por la década de 1920, la España profunda, que quiso y fue maestra nacional, que ni lo que era una galaxia sabia,,,,,,,,,,,,

    “¿que puede devorar a una estrella hijo?”

    El brillo en sus ojos octogenarios, por un instante, fue el de una niña llena de curiosidad.

    Toda la basura política que cada día ve vomitar en la TV, las maldades de la raza humana que ha visto (Vivió la guerra), todo, por unos instantes, desapareció.

    Y una niña llena de curiosidad llena de energía y calor, salió a su cara.

    “Pero hijo, ¿Que puede devorar a una estrella?”.

    La ciencia, vale por ella misma, como decia H. Poincaré.

    Un relámpago en la oscuridad.

    Saludos.

  7. Miguel Ángel:

    De algún modo coincido con Dr. Thriller cuando se pregunta por qué hablamos de vida unicelular y decimos que es “simple” mientras le otorgamos el calificativo de “compleja” a la pluricelular: los unicelulares son capaces de comunicarse entre sí usando la quimiotaxis y compartir información genética (transferencia horizontal); algunos son capaces de sincronizar sus poblaciones; creo recordar que tienen 22 o 23 sistemas matabólicos diferentes mientras que las plantas tienen dos y los animales sólo uno; son capaces de sobrevivir en condiciones extremas de temperatura, pH, etc, que ningún pluricelular puede aguantar (si exceptuamos a los tardígrados y alguno más que me deje en el tintero); incluso exhiben algún tipo de cognición, caso que hemos podido ver por aquí en mohos mucilaginosos que resuelven laberintos o simplemente viendo a los paramecios nadar y desenvolverse en su entorno con una soltura que parece impropia para una criatura que no tiene visión ni oído (en estos últimos también se ha podido constatar que exhiben aprendizaje ante estímulos agresores)…¿quién es el complejo y quién el simple?
    Supongo que el caso de la noticia no se considerará una ruta metabólica nueva porque sólo cambian los cofactores, pero no le resta esplendor.

    Por otra parte, me he divertido con el asunto de la sonoridad que ha puesto sobre el tapete Neo (con una afortunada referencia a Ramachandran) y ha continuado Dr. Thriller. simpática también la historia de Javier.

    Saludos y/o abrazos a elegir.

  8. NeoFronteras:

    Puede que en Venus haya algo (o en Marte), pero la realidad es que, pese a nuestros deseos, no se han encontrado pruebas de que haya vida. Desde el punto de vista científico sólo se puede afirmar que no hay vida.
    Si no podemos decir que no hay vida o agua o no hay desequilibrio químico de un planeta que está al lado, entonces difícilmente vamos a poder decir algo sobre ese mismo asunto sobre un exoplaneta lejano.
    Siempre hay una tremenda contradicción entre el hecho de que la vida terrestre puede vivir en Marte y que la supuesta vida nativa del planeta rojo, ya adaptada a esas condiciones durante miles de millones de años, se muestre tan tímida. Si hubiera habido vida ésta ya habría colonizado y terraformado todo el planeta, simplemente porque la vida terrestre lo podría hacer allí, con más motivo una vida local.
    Si se muestra tan tímida es porque no existe. Es la explicación más sencilla, con permiso de Occam.
    Marte se lleva mucho dinero en misiones que se podría usar en otras que se quedan en la cuneta. Da la impresión que ya no buscan vida allí porque saben que no la hay y buscarla significaría que su resultado impediría mantener la misma excusa para su exploración.

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